DE607048C

DE607048C - Ring-shaped oscillation structure excited by magnetostrictive forces to radial oscillations in its natural frequency

Info

Publication number: DE607048C
Application number: DEA73332D
Authority: DE
Inventors: Dr Wilhelm Kallmeyer
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1934-06-03
Filing date: 1934-06-03
Publication date: 1935-06-29

Description

Durch magnetostriktive Kräfte zu radialen Schwingungen in seiner Eigenfrequenz angeregtes rin?förmi-es Schwingungsgebilde Zum Aussenden und Empfangen von Schallwellen, insbesondere solchen von höherer Frequenz, verwendet man Schwingungsgebilde, die durch magnetostriktive Kräfte angeregt werden. Ein eine um den Schwinger gelegte Wicklung durchfließender Wechselstrom erzeugt das erforderliche magnetische Wechselfeld. Die Frequenz des Wechselstromes stimmt gewöhnlich mit einer der Resonanzfrequenzen des mechanischen Schwingungsgebildes überein. Die Form des Schwingungsgebildes wählt man verschieden je nach dem besonderen Verwendungszweck. Unter anderem werden Kreisringe verwendet, die radial unter Vergrößerung und Verkleinerung ihres Durchmessers - mit am ganzen Umfang gleicher Amplitude und Phase schwingen und durch eine toroidale auf den Ring gewickelte Wicklung, die vom Wechselstrom durchflossen wird, angeregt werden. Die Eigenschwingung derartiger Ringe (in Luft) ist gegeben durch die Geschwindigkeit des Schalles in dem Material des Ringes und durch den mittleren Radius des Ringes. Änderungen der Breite des Kreisringes sind in gewissen Grenzen ohne Einfluß auf die Resonanzfrequenz. Die die Eigenschwingungszahl eines schwingenden Körpers bestimmenden Größen, nämlich die Schwingungselastizität und die Schwingungsmasse, sind bei einem in der beschriebenen Weise schwingenden Ring gleichmäßig über die Ringbreite verteilt. Vergrößert man die Breite des Ringes und damit die Schwingungsmasse, so nimmt die Schwingungselastizität in gleichem Maße zu, so daß die Eigenfrequenz unverändert bleibt. Aus Festigkeitsgründen und da für eine gegebene Leistung ein bestimmter magnetischer Querschnitt vorhanden sein muß, kann man die Breite des Ringes nicht unter ein gewisses Maß verringern. Für jede Eigenfrequenz des Ringes gibt es also ein Mindestmaß für den äußeren Durchmesser.By magnetostrictive forces to radial vibrations in its natural frequency stimulated vibrational structure for sending and receiving sound waves, especially those with a higher frequency, one uses oscillation structures that are excited by magnetostrictive forces. One wrapped around the transducer Alternating current flowing through the winding generates the required alternating magnetic field. The frequency of the alternating current usually coincides with one of the resonance frequencies of the mechanical oscillation structure. Selects the shape of the oscillation structure one different depending on the particular use. Among other things are circular rings used, which radially with enlargement and reduction of their diameter - oscillate with the same amplitude and phase over the entire circumference and through a toroidal Winding wound on the ring through which the alternating current flows, excited will. The natural oscillation of such rings (in air) is given by the speed of the sound in the material of the ring and through the mean radius of the ring. Changes in the width of the circular ring have no influence on within certain limits the resonance frequency. Which determine the natural frequency of a vibrating body Quantities, namely the vibration elasticity and the vibration mass, are with one ring vibrating in the manner described evenly distributed over the width of the ring. If you increase the width of the ring and thus the vibration mass, the Vibration elasticity to the same extent, so that the natural frequency remains unchanged remain. For reasons of strength and there for a given performance a certain one magnetic cross-section must be present, you can not measure the width of the ring decrease below a certain level. So for every natural frequency of the ring there is a minimum for the outer diameter.

Bei Abstimmung auf Frequenzen unter io ooo Hertz nimmt der Ring in der bisherigen Ausführungsform rasch unbequem große Dimensionen an. Auch bei Abstimmung auf höhere Frequenzen ist es zuweilen erwünscht, den Durchmesser des Ringes unter das bisher mögliche Mindestmaß verkleinern zu können, z. B. wenn es sich darum handelt, von einem fahrenden Schiff aus mit dem außerhalb (les Schiffes befindlichen Ringschwinger Signale abzugeben oder zu empfangen, da es- in diesem Falle darauf ankommt, den Wasserwiderstand möglichst klein zu halten. Versuche haben gezeigt, daß es bei einer Bauart nach der Erfindung mölich ist, einen radial schwingen-Z> den Körper herzustellen, dessen Außendurchmesser bei gegebener Schwingungszahl wesentlich kleiner gemacht werden kann als bei dem bisher bekannten eingangs beschriebenen Ringschwinger.When tuning to frequencies below 10000 Hertz, the ring takes in the previous embodiment quickly and uncomfortably large dimensions. Even with a vote at higher frequencies it is sometimes desirable to reduce the diameter of the ring below to be able to reduce the previously possible minimum, z. B. When it comes to from a moving ship with the ring oscillator located outside the ship To emit or receive signals, since it depends in this case on the To keep water resistance as small as possible. Tests have shown that there is a Design according to the invention is possible to swing a radial Z> the Manufacture body, the outer diameter of which is essential for a given number of vibrations can be made smaller than in the case of the previously known one described at the beginning Ring oscillator.

Erfindungsgemäß, wird zu diesem Zweck ein Ring aus magnetostriktivem Material mit zahnartigen Vorsprüngen versehen, die die Masse des schwingenden Systems vergrößern, ohne die Schwingungselastizität wesentlich zu verändern. Die Vorsprünge können nur am äußeren oder nur am inneren oder am inneren und äußeren Umfang des Ringes angeordnet werden. Die Breite der Zähne darf ein gewisses 1a13 im Verhältnis zur Ringbreite nicht überschreiten. je nach der angewendeten Massenbelastung geht die Eigenschwingung des Gebildes mehr oder weniger unter die des unbelasteten Ringes herunter. Die Erregung des Systems erfolgt durch eine den Ring in seiner Breite umschließende Wicklung,- die auch zwischen den Zähnen angeordnet sein kann, um das Schallfeld an der Oberfläche des Ringes nicht zu stören. Die Zahl der Windungen braucht nicht mit der Zahl der Zähne übereinzustimmen. Vorteilhaft wird man den Ring mit den N' orsprüngen aus demselben Material als einheitlichen Körper herstellen, z. B. durch Ausstanzen aus Blech.According to the invention, a magnetostrictive ring is used for this purpose Material provided with tooth-like projections, which the mass of the oscillating system without significantly changing the elasticity of vibration. The protrusions can only on the outer or only on the inner or on the inner and outer circumference of the Ring can be arranged. The width of the teeth may be a certain 1a13 in relation do not exceed the ring width. depending on the applied mass load the natural oscillation of the structure is more or less below that of the unloaded ring down. The excitation of the system takes place through a ring in its width surrounding winding - which can also be arranged between the teeth in order to Not to disturb the sound field on the surface of the ring. The number of turns does not need to match the number of teeth. One becomes advantageous Make the ring with the N 'oranges from the same material as a single body, z. B. by punching out of sheet metal.

Mit Rücksicht auf die magnetische Flußverdrängung und Wirbelstromv erluste ist es zweckmäßig, das System aus Blechringen aufzubauen, die bei einer an oder oberhalb der Hörgrenze liegenden Schwingungsfrequenz nur o.i bis o,.I mm stark sind und zweckmäßig durch Isolierschichten voneinander getrennt sind.With regard to the magnetic flux displacement and eddy currents Losses, it is useful to build the system from sheet metal rings, which at a oscillation frequency at or above the hearing limit only o.i to o.I mm are strong and are appropriately separated from one another by insulating layers.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch veranschaulicht. Es stellt dar: Fig. i eine Aufsicht auf ein Schwingungsgebilde nach der Erfindung, Fig. a eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform des Schwingungsgebildes.The invention is shown in the drawing by way of example and schematically illustrated. It shows: FIG. 1 a plan view of an oscillation structure according to the invention, Fig. a is a plan view of another embodiment of the oscillating structure.

In Fig. i ist i ein auf seinem inneren und äußeren Umfang mit Massen a bzw. b be-Iasteter kreisförmiger Ring. 2 stellt einen Teil der Wicklung dar. Der Radius der inneren Begrenzung des Ringsystems ist rl, der Radius der äußeren Begrenzung r4. Die Schwingungselastizität liegt in dem zwischen den Radien r= uni r3 eingeschlossenen Teil des Ringes, die belastenden Zusatzmassen a bzw. b zwischen den Radien rl, r2 bzw. r3, r4. Durch die Anordnung nach der Erfindung fällt der äußere Durchmesser des Systems - = r4 kleiner aus als der Durchmesser eines einfachen unbelasteten Ringes der bisher verwendeten Form, der auf die gleiche Periodenzahl abgestimmt ist. In Fig.2 ist eine Ausführungsform eines nur außen belasteten kreisförmigen Ringes mit zwischen den zahnartigen Vorsprüngen liegender Wicklung gezeichnet. i ist der belastete Ring mit dem inneren Radius r2, dem äußeren Radius r4. Zwischen r2 und r3 liegt der die Schwingungselastizität enthaltende Teil des Ringes, zwischen r3 und r4 liegen die Zusatzmassen b. 2 ist auch hier die Wicklung, die zur besseren Veranschaulichung der Einzelteile des Schwingungsgebildes nur teilweise gezeichnet ist. 3 ist eine zur Halterung des Blechpaketes dienende Stange aus tinmagnetischem Material, die durch die Mitte des Ringsystems hindurchgeht, und gegen die das System durch elastische Zwischenlagen rt abgestützt ist.In Fig. I, i is a on its inner and outer periphery with masses a or b loaded circular ring. 2 represents part of the winding The radius of the inner boundary of the ring system is rl, the radius of the outer boundary r4. The elasticity of vibration lies in that enclosed between the radii r = uni r3 Part of the ring, the additional loads a and b between the radii rl, r2 or r3, r4. Due to the arrangement according to the invention, the outer diameter falls of the system - = r4 smaller than the diameter of a simple unloaded Ring of the previously used form, which is matched to the same number of periods is. In Fig.2 is an embodiment of a circular loaded only externally Ring drawn with lying between the tooth-like projections winding. i is the loaded ring with the inner radius r2, the outer radius r4. Between r2 and r3 is the part of the ring containing the vibration elasticity r3 and r4 are the additional masses b. 2 is the winding here, too, for the better Illustration of the individual parts of the oscillation structure is only partially drawn is. 3 is a rod made of tinmagnetic and used to hold the laminated core Material that passes through the center of the ring system and against which the system is supported by elastic intermediate layers rt.

Die Höhe des aus den Blechringen gebildeten zylindrischen Paketes in der Achsearichtung wird nach der erforderlichen Schwingungsleistung und der in der Richtung senkrecht zur Achse gewünschten Richtwirkung bemessen.The height of the cylindrical package formed from the sheet metal rings in the axis direction, the required vibration power and the in dimension the direction perpendicular to the axis desired directivity.

Der neue Schwinger kann als Sender oder Empfänger in einem beliebigen Medium, Luft, \Va:_er o. dgl., verwendet werden. Er kann als Sender mit Wechselstrom polarisiert oder urpolarisiert betrieben werden oder durch eine hondensatorentladung bzw. Funkenstrecke zu kurzdauernden Schwingungen angestoßen werden.The new transducer can be used as a transmitter or receiver in any Medium, air, \ Va: _er or the like, can be used. It can be used as a transmitter with alternating current be operated polarized or primordially polarized or by a capacitor discharge or spark gap to short-lasting vibrations.

Schwingende Flächen des Systems, von denen keine Strahlung ausgehen soll, z. B. die Innenfläche des Ringzylinders. können durch Abdeckung, z. B. in Wasser mit porösem lufthaltigem Gummi, an der Schallabgabe verhindert werden. .Vibrating surfaces of the system from which no radiation emanates should, e.g. B. the inner surface of the ring cylinder. can by covering, e.g. Am Water with porous aerated rubber that prevents sound from being emitted. .

Infolge seines geringen Durchmessers eignet sich das neue Schwingungsgebilde besonders zur Verwendung als dauernd ausgefahrenes oder nach Bedarf ausfahrbares Sende- und Empfangsgerät auf fahrenden Schiften, da der Wasserwiderstand klein ist und gegebenenfalls durch Einbau in eine stromlinienförmige Hülle aus Material, das -den durchgehenden Schall nicht schwächt, noch weiter herabgesetzt werden kann. Für diesen Verwendungszweck kann man an Stelle von kreisförmigen Ringen auch elliptisch, oval oder ähnlich geformte Ringe in .erfindungsgemäßer Ausführung herstellen.Due to its small diameter, the new oscillation structure is suitable especially for use as a permanently extended or as required extendable Transmitter and receiver on moving boats, as the water resistance is small and optionally by incorporating it into a streamlined envelope of material that -not attenuates the sound passing through, nor can it be further reduced. For this purpose, instead of circular rings, elliptical, Manufacture oval or similarly shaped rings in .inventive execution.

Ein solches Ausfalhrgerät würde erheblich geringere Abmessungen benötigen, als die zur Zeit benutzten Ausfahrgeräte aufweisen, wodurch Einbau und Bedienung dieser Geräte wesentlich erleichtert wird.Such a deployment device would require considerably smaller dimensions, than the withdrawable units currently in use, which means installation and operation this equipment is made much easier.

Im, allgemeinen wird man die Achse des zylindrischen Blechpaketes senkrecht anordnen, so daß die Strahlung nach allen Seiten erfolgt. Man kann jedoch auch die Achse des Systems waagerecht anordnen, um den Schall in einer vertikalen Ebene auszusenden. Durch einen parabelförmigen Reflektor kann die Energie bei beliebiger Achsrichtung noch weiter konzentriert werden und außerdem die Strahlung auf eine Richtung beschränkt werden.In general, it becomes the axis of the cylindrical laminated core Arrange vertically so that the radiation is on all sides. However, one can also arrange the axis of the system horizontally to accommodate the sound in in a vertical plane. With a parabolic reflector, the Energy can be concentrated even further in any axial direction and also the radiation can be restricted to one direction.

Die Form des Schwingungsgebildes nach der Erfindung kann außer ein Kreisring, ovaler Ring, ein Ring in Stromlinienform, ein geschlossener Halbring oder sonst ein ringförmiges Gebilde sein.The shape of the oscillating structure according to the invention can except one Circular ring, oval ring, a streamlined ring, a closed half-ring or else be a ring-shaped structure.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Radial vibrations through magnetostrictive forces Ring-shaped oscillation structure excited in its natural frequency to be emitted and receiving sound waves in any medium, characterized in, that on a ring made of magnetostrictive material, tooth-like projections are useful are arranged in a uniform distribution, which are so finely divided that the oscillation mass of the ring is increased without its elasticity -essentially increases. a..Schwinggebilde according to claim i, characterized in that the Projections are arranged on the inner and outer circumference of the ring. 3. Vibrations according to claim i, characterized in that the tooth-like Projections are arranged only on the outer circumference of the ring. ¢. Vibrational structures according to claim i, characterized in that the additional masses only on the inner circumference of the ring are arranged. 5. vibration structure according to claims i to 4, characterized characterized in that the winding is arranged between the projections of the ring is. 6. vibration structure according to claims i to 5, characterized in that that the ring with the additional masses as a single body made of the same material, z. B. is made by punching out of sheet metal. -Vibrations according to the @ claims i to 6, characterized in that the ring oscillator is the lower end of a a ship's bottom retractable sword-shaped body forms or in a one Part of an extendable body forming streamlined enveloping body is installed. B. vibration structure according to claims i to 6, characterized in that the Ring has an elliptical or oval shape.